Declaraciones de variables en archivos de encabezado: ¿estático o no?

Al refactorizar algunos #defines, encontré declaraciones similares a las siguientes en un archivo de encabezado de C ++:

static const unsigned int VAL = 42;
const unsigned int ANOTHER_VAL = 37;

La pregunta es, ¿qué diferencia, si la hay, hará la estática? Tenga en cuenta que la inclusión múltiple de los encabezados no es posible debido al #ifndef HEADER #define HEADER #endiftruco clásico (si eso importa).

¿Significa estática que solo VALse crea una copia de , en caso de que el encabezado esté incluido en más de un archivo fuente?

Esto staticsignifica que habrá una copia de VALcreado para cada archivo fuente en el que se incluye. Pero también significa que múltiples inclusiones no darán como resultado múltiples definiciones VALque colisionarán en el momento del enlace. En C, sin el static, necesitaría asegurarse de que solo un archivo VALfuente esté definido mientras que los otros archivos fuente lo declararon extern. Por lo general, uno haría esto definiéndolo (posiblemente con un inicializador) en un archivo fuente y colocando la externdeclaración en un archivo de encabezado.

static las variables a nivel global solo son visibles en su propio archivo fuente, ya sea que hayan llegado a través de una inclusión o que estén en el archivo principal.

Nota del editor: en C ++, los constobjetos que no tienen ni las palabras clave staticni externen su declaración son implícitamente static.

Las etiquetas staticy externen las variables de ámbito de archivo determinan si son accesibles en otras unidades de traducción (es decir, otros .co .cpparchivos).

• staticda a la variable vinculación interna, ocultándola de otras unidades de traducción. Sin embargo, las variables con vinculación interna se pueden definir en varias unidades de traducción.

• externle da a la variable enlace externo, haciéndola visible para otras unidades de traducción. Normalmente, esto significa que la variable solo debe definirse en una unidad de traducción.

El valor predeterminado (cuando no especifica statico extern) es una de esas áreas en las que C y C ++ difieren.

• En C, las variables de ámbito de archivo son extern(enlace externo) de forma predeterminada. Si está utilizando C, VALes staticy ANOTHER_VALes extern.

• En C ++, las variables de ámbito de archivo son static(enlace interno) de forma predeterminada si lo son const, y externde forma predeterminada si no lo son. Si está usando C ++, ambos VALy lo ANOTHER_VALson static.

De un borrador de la especificación C :

6.2.2 Vínculos de identificadores ... -5- Si la declaración de un identificador para una función no tiene un especificador de clase de almacenamiento, su vínculo se determina exactamente como si se declarara con el especificador de clase de almacenamiento extern. Si la declaración de un identificador para un objeto tiene alcance de archivo y ningún especificador de clase de almacenamiento, su vínculo es externo.

De un borrador de la especificación C ++ :

7.1.1 - Especificadores de clase de almacenamiento [dcl.stc] ... -6- Un nombre declarado en un ámbito de espacio de nombres sin un especificador de clase de almacenamiento tiene un vínculo externo a menos que tenga un vínculo interno debido a una declaración previa y siempre que no lo sea declarada const. Los objetos declarados const y no declarados explícitamente como extern tienen vínculos internos.

La estática significará que obtendrá una copia por archivo, pero a diferencia de otros que han dicho que es perfectamente legal hacerlo. Puede probar esto fácilmente con una pequeña muestra de código:

test.h:

static int TEST = 0;
void test();

test1.cpp:

#include <iostream>
#include "test.h"

int main(void) {
    std::cout << &TEST << std::endl;
    test();
}

test2.cpp:

#include <iostream>
#include "test.h"

void test() {
    std::cout << &TEST << std::endl;
}

Ejecutar esto le da esta salida:

0x446020
0x446040

constlas variables en C ++ tienen vínculos internos. Entonces, usar staticno tiene ningún efecto.

ah

const int i = 10;

one.cpp

#include "a.h"

func()
{
   cout << i;
}

two.cpp

#include "a.h"

func1()
{
   cout << i;
}

Si se tratara de un programa en C, obtendría un error de 'definición múltiple' para i(debido a un enlace externo).

La declaración estática en este nivel de código significa que la variabel solo es visible en la unidad de compilación actual. Esto significa que solo el código dentro de ese módulo verá esa variable.

si tiene un archivo de encabezado que declara una variable estática y ese encabezado está incluido en varios archivos C / CPP, entonces esa variable será "local" para esos módulos. Habrá N copias de esa variable para los N lugares en los que se incluye el encabezado. No están relacionados entre sí en absoluto. Cualquier código dentro de cualquiera de esos archivos fuente solo hará referencia a la variable declarada dentro de ese módulo.

En este caso particular, la palabra clave 'estática' no parece proporcionar ningún beneficio. Puede que me esté perdiendo algo, pero parece que no importa: nunca antes había visto algo así.

En cuanto a la inserción, en este caso la variable probablemente esté integrada, pero eso es solo porque se declara const. El compilador podría ser más probable que las variables de módulo estático en línea, pero eso es depende de la situación y el código que está siendo recopilada. No hay garantía de que el compilador incorpore 'estática'.

El libro C (gratuito en línea) tiene un capítulo sobre vinculación, que explica el significado de 'estático' con más detalle (aunque la respuesta correcta ya se da en otros comentarios): http://publications.gbdirect.co.uk/c_book /chapter4/linkage.html

Para responder a la pregunta, "¿la estática significa que solo se crea una copia de VAL, en caso de que el encabezado esté incluido en más de un archivo fuente?" ...

NO . VAL siempre se definirá por separado en cada archivo que incluya el encabezado.

Los estándares para C y C ++ causan una diferencia en este caso.

En C, las variables de ámbito de archivo son externas de forma predeterminada. Si está utilizando C, VAL es estático y ANOTHER_VAL es externo.

Tenga en cuenta que los enlazadores modernos pueden quejarse de ANOTHER_VAL si el encabezado se incluye en archivos diferentes (el mismo nombre global se define dos veces), y definitivamente se quejarían si se inicializara ANOTHER_VAL con un valor diferente en otro archivo

En C ++, las variables de ámbito de archivo son estáticas de forma predeterminada si son constantes y externas de forma predeterminada si no lo son. Si está utilizando C ++, tanto VAL como ANOTHER_VAL son estáticos.

También debe tener en cuenta el hecho de que ambas variables se designan const. Idealmente, el compilador siempre elegiría alinear estas variables y no incluir ningún almacenamiento para ellas. Hay una gran cantidad de razones por las que se puede asignar almacenamiento. Los que puedo pensar ...

• opciones de depuración
• dirección tomada en el archivo
• El compilador siempre asigna almacenamiento (los tipos const complejos no se pueden insertar fácilmente, por lo que se convierte en un caso especial para los tipos básicos)

Suponiendo que estas declaraciones tienen un alcance global (es decir, no son variables miembro), entonces:

estático significa "enlace interno". En este caso, dado que se declara const, el compilador puede optimizarlo / alinearlo. Si omite la constante , el compilador debe asignar almacenamiento en cada unidad de compilación.

Al omitir estático, el enlace es externo de forma predeterminada. Una vez más, la const ness lo ha salvado : el compilador puede optimizar el uso en línea. Si elimina la constante , obtendrá un error de símbolos definidos múltiples en el momento del enlace.

No puede declarar una variable estática sin definirla también (esto se debe a que los modificadores de clase de almacenamiento static y extern son mutuamente excluyentes). Se puede definir una variable estática en un archivo de encabezado, pero esto haría que cada archivo de origen que incluye el archivo de encabezado tenga su propia copia privada de la variable, que probablemente no sea lo que se pretendía.

Las variables const son estáticas por defecto en C ++, pero extern C. Entonces, si usa C ++, no tiene sentido qué construcción usar.

(7.11.6 C ++ 2003 y Apexndix C tiene ejemplos)

Ejemplo en comparar fuentes de compilación / enlace como programa C y C ++:

bruziuz:~/test$ cat a.c
const int b = 22;
int main(){return 0;}
bruziuz:~/test$ cat b.c
const int b=2;
bruziuz:~/test$ gcc -x c -std=c89 a.c b.c
/tmp/ccSKKIRZ.o:(.rodata+0x0): multiple definition of `b'
/tmp/ccDSd0V3.o:(.rodata+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status
bruziuz:~/test$ gcc -x c++ -std=c++03 a.c b.c 
bruziuz:~/test$ 
bruziuz:~/test$ gcc --version | head -n1
gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.5) 5.4.0 20160609

Static evita que otra unidad de compilación extermine esa variable para que el compilador pueda simplemente "alinear" el valor de la variable donde se usa y no crear almacenamiento de memoria para ella.

En su segundo ejemplo, el compilador no puede asumir que algún otro archivo fuente no lo externará, por lo que en realidad debe almacenar ese valor en la memoria en algún lugar.

Static evita que el compilador agregue varias instancias. Esto se vuelve menos importante con la protección #ifndef, pero asumiendo que el encabezado está incluido en dos bibliotecas separadas y la aplicación está vinculada, se incluirían dos instancias.